xx—xx燃料电池标准化发展规划及制定的重点项目(1)

XXXXXXXX 燃料电池标准化发展规划及制定燃料电池标准化发展规划及制定 的重点项目的重点项目(1)(1) 一、燃料电池作为新能源在国际上的发展状况及动向 石油、煤炭等不可再生能源资源的日趋枯竭，引起的环境 严重污染及直接影响国家经济发展、国防安全已是 21 世纪 各国面临的三大问题。为解决经济发展与能源短缺及环境 污染之间日益加剧的矛盾，发展清洁、高效、可持续发展 的新能源动力技术已成为十分紧迫的任务。 采用氢能源是当前世界公认的可代替石油能源的主要出路 之一。氢是一种可储藏运输、燃点较高，热值相当汽油的 3 倍，实质上是一种可再生能源。21 世纪将成为氢能的时 代。美国、欧洲、日本等强国在制定其未来能源政策时， 都把发展氢能作为一个主要方向，而燃料电池正是氢能时 代的最佳能量转换装置。作为燃料电池燃料的氢可从煤碳、 天然气和石油中制取，也可从植物、生物排放物、太阳能、 风能和电解水等过程中制取。因此隨着生产成本、可靠性、 寿命等问题的逐步解决，燃料电池有望在 XX 年左右进入商 品化，并逐渐成为一种世界范围内的重要能源之一。 燃料电池发电具有以下独特的优越性： 1清洁。氢经过燃料电池电化学作用，一面释放电能推动 机械作功，一面与空气中的氧化合又重新产生水，几乎无 硫氧化合物和氮氧化合物的排放，温室气体 CO2 的排放量 也远小于火力发电厂。由于燃料电池本身没有转动部件， 因此其工作环境非常安静。 2高效。从理论上讲，燃料电池可将燃料所含化学能的 90%转 化为可利用的电和能。已实现商业化的磷酸型燃料电池实 际运行中发电效率接近 46%；而熔融碳酸盐燃料电池和固体 氧化物燃料电池的发电效率可达到 60%，而目前其他能源的 效率大约是：核能 3033%、天然气 3040%、煤为 3338%、 油为 3440%。 3可靠。与燃烧涡轮机循环系统或内燃机相比，燃料电池 发电系统其转动部件很少，因而系统更加安全可靠。燃料 电池系统发生的唯一事故就是效率降低。 4灵活分散式供电。电力工业集中供电的模式越来越受 到分散式供电的挑战。电力工业由于规模效益，发电厂规 模都很大，而且远离用户，电力要通过高压线及变电站输 送到用户。分散式电站与用户距离很近，利于降低成本， 改进服务。燃料电池发电厂就是属于分散式供电系统的一 种。其效率与其规模无关，可根据用户需求而增减发电容 量；其安全性和供电质量非常高。这对计算机、通讯、银 行、连续生产等系统非常有利，因为它减少了由外部电网 中断所可能引起的事故。 燃料电池按电解质的性质划分为五大类，它们各自处在不 同的发展阶段。表 1 显示了这五类电池的技术、用途与应 用现状等特性。从中，我们知道可用作新能源的有质子交 换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固 体氧化物燃料电池。 欧美都在大力发展燃料电池。XX 年 9 月 10 日欧盟委员批准 通过了一系列措施，加强能源系统和燃料电池的研究和开 发，以便在中期内使欧盟减少对石油的依赖和保持可持续 发展。这些措施包括首先是建立一个协调机构，对可行建 议和计划进行协调；此外还确定了以氢为主的发展战略和 日程表。氢燃料电池是欧盟实现 2020 年 20%能源来自替代 能源目标的主要办法。欧盟认为“燃料电池将有助于解决 能源供应安全，环境和气候变化问题。此外，它还使能源 生产不那么集中” 。不过，欧洲在这方面的公共支持还处于 较低水平。在 XXXX 年期间内仅投资 3 亿欧元。 美国能源部于 XX 年 9 月 5 日正式发布“自由汽车合作计划” 。该计划支持制定有关氢能基础设施法规和标准的科学基 础的研究，重点是燃料电池动力系统，氢能存储系统等同 时确定 XX 年目标的技术指标：XX 年 2 月 6 日美国布什总统 在华盛顿举行的能源问题论坛上说，如果美国把氢动力发 展成为一种实用的民用燃料， “我们就能在 2040 年以前把 每天的石油需求量减少 1100 万桶以上” 。布什的预算案建 议今后 5 年里为氢燃料计划和“自由汽车合作计划”提供 17 亿美元的经费，其中包括用于氢研究的亿美元新经费。 然而，目前燃料电池在国际范围内仍未进入大规模的商业 化，主要有以下几个原因： 1与传统的发电方式相比，燃料电池市场价格依然昂贵； 2燃料电池的工作寿命及可靠性仍有待于进一步提高； 3燃料电池技术不够普及，缺乏完善的燃料供应体系。 因此朝着解决上述问题的主要方向是： 1研究新材料：如新的离子交换膜、新型电催化剂、新型 双极板等，以降低燃料电池的制造成本，提高燃料电池的 工作寿命及可靠性，增强其市场竞争力。 2建立示范模型：如以燃料电池为动力的纯电动车；住宅 或商用分散型燃料电池电站；便携式燃料电池动力源等。 通过示范模型，普及燃料电池技术，政府在规划基础建设 时，建立适合于燃料电池的燃料供应体系。 3优化电池结构与发电系统。 二、燃料电池作为新能源在我国的研发现状 我国自 90 年代以来，多家研究机构开展了熔融碳酸盐燃料 电池的研究工作。上海交通大学、大连化物所等单位在阴 极、阳极、LiAlO2 粉料、电解质隔膜，双极板等关健材料 和部件的制备，在电池组的设计、组装及电池系统总体技 术的开发上取得了一定的突破。上海交大 XX 年 6 月成功进 行了 kW 电池组的发电试验。目前我国已具备了研制数十 kW 级熔融碳酸盐燃料电池发电系统的能力。 在“八五” 、 “九五”期间我国已有十几个单位进行了 SOFC 相关技术的研究，如大连化物所、中科院上海硅酸盐研究 所，吉林大学、中国科技大学等。在材料和部件，在工艺 方面都取得了较大的进展。XX 年 3 月中科院上海硅酸盐所 成功地进行了 800W 的发电试验。目前我国也已具备了研制 数 kW 级固体氧化燃料电池发电系统的能力。 我国质子交换膜燃料电池的研发进展得更快些。由于受国 际上发展趋势，特别是电动汽车的需求的影响。比较有影 响的单位是大连化物所，北京世纪富源公司，上海神力公 司及北京绿能公司等单位。他们研制的电池组最大功率均 能做到 30kW 以上。上海神力公司的报告称他们已完成第二 代燃料电池发动机的研制任务，与清华大学轿车配套的燃 料电池发动机功率达到 45kW 与该校大巴车配套的功率则可 达 80kW。科技